CASE潮流推动车规器件升级，东芝电子赋能汽车电子推动汽车电气化革新

电子发烧友网报道（文/李宁远）近年来在“双碳”目标的指引下，电力电子应用场景和市场需求正经历着翻天覆地的变化和升级，从消费电子到智能工业到汽车电子，高效能应用的电力电子产品已经成为发展的主流。同时随着汽车电气化、智能化、网联化浪潮来袭，汽车电子在汽车整车成本中的占比快速提升，汽车电子开始接力消费电子，成为半导体产业发展的重要增长点。
 
在2023 NEAS CHINA展上，东芝电子应邀参会带来了诸多汽车电子领域的创新设计与应用。电子发烧友网也邀请到东芝电子分立器件应用技术部经理成栋参与采访，就汽车电子行业的变化、汽车电子相关应用案例以及汽车电子未来的发展相关问题进行了深入交流。
 

 

东芝电子分立器件应用技术部经理成栋

汽车应用CASE潮流推动车规半导体升级
 
东芝电子作为是汽车电子行业老牌资深玩家，对汽车行业的变化有更深的体会，东芝电子分立器件应用技术部经理成栋表示现在的汽车市场，尤其是中国汽车市场正掀起一场CASE潮流，CASE相关应用有着不少机会。
 
CASE即Connectivity联网、Autonomous自动化、Sharing and Service分享与服务，以及Electric电动化的缩写，是当下汽车行业发展的四大主流趋势。CASE带来的变革对半导体产品提出了更安全更可靠的要求。凭借更高可靠性的产品，才能满足汽车电子不断变化的需求。
 
在CASE潮流下，东芝电子正在通过调整业务板块，实现业务的持续性增长。在功率半导体领域，东芝电子持续加大了投资，通过先进技术的研发以及更多的产能来实现业务的增长。为了增加产能，东芝加快了12英寸功率半导体的投入。根据成经理介绍，目前第1条产线已经量产，明年第2条产线也将投产，第2条产线全面投产后，硅功率半导体产能将比现在高出3倍以上，这将大大地缓解供需矛盾。
 

 
和12英寸硅晶圆一起展示的还有6英寸碳化硅晶圆以及用于xEV变频器的新封装产品。这种双面散热的高散热封装有助于提高车载逆变器的功率密度，同时由于内置了RC-IGBT，该产品还能帮助逆变器实现小型化。成经理表示，目前东芝也正在讨论是否将SiC MOSFET搭载到其中。
 
应用设计持续创新，东芝如何为汽车电子赋能？
 
采访期间，成经理介绍了本次展会上东芝带来的众多汽车电子领域的应用，如以太网桥接芯片方案、48V到12V双向DC-DC转换器方案、LED 车头灯方案、车载USB充电/无线充电方案。
 
随着高级功能需求和数据需求的不断增加，车内通讯总线需要支持起高级功能所需且日益增长的数据连接要求，数据量的增长倒逼了设计人员需要对车辆的电气/电子架构做出重大改动，以满足日益增长的传输数据量和传输速度，车载以太网开始应用得越来越多。
 

 
为了解决现在复杂的由可靠传输标准和实时数据传输支撑的车载通信系统设计，东芝基于TC956x系列车载网络系统以太网桥接IC提供了高速通信的解决方案，能实现最高10Gbps的高速数据通信。该系列配置了多种外围接口，可以与SoC以及PHY芯片连接，同时该系列符合以太网AVB/TSN标准，能够实现超低延时为车内高速通讯赋能。
 
众所周知，现在新能源汽车内各种各样的用电设备越来越多，例如音响、点烟器、显示器等等的娱乐与物联网用电设备，同时汽车在行驶中也需要车灯、汽车电脑等等必要的用电设备。这些用电设备的电源在传统汽车中是由汽车发动机提供动力的车载发电机提供，而在新能源汽车中则是由DC-DC转换器提供。
 
DC-DC转换器作为新能源汽车的重要组成部分之一，其性能的好坏直接影响到整个汽车的性能，同时它作为桥梁，连接起了新能源汽车高压系统和低压系统，其转化效率与整车油耗息息相关。
 

 

本次展会上东芝展出的高效率DC-DC转换器方案，采用双面散热封装，开关部分配置了大电流低损耗MOSFET，电荷泵则内置栅极驱动芯片以实现更高的转换效率。成经理介绍道，DC-DC中功率半导体器件是能源变换与传输的核心，是提高用电效率和质量实现高效节能和绿色环保的关键技术支撑。东芝能提供以L-TOGL、DSOP Advance（WF）封装为首的丰富车载MOSFET产品线，为客户设计出最佳的车载DC-DC赋能。
 
此外东芝展出的LED 车头灯方案、车载USB充电/无线充电方案也是各有特色。LED车头灯方案采用了LED独立控制技术和电源控制技术，同时在先进的自适应远光灯系统上使用了小型低导通电阻产品，既有助于实现设备的小型化也能降低车灯功耗。
 
车载USB充电/无线充电方案配置了采用可支持自动光学检测的可润湿侧翼（WF）结构的小型化MOSFET，为USB Type-C电源电路小型化赋能的同时实现了95.5%（45W负载）的高效率。
 
通过器件、设计、整体解决方案的不断创新，东芝持续为多样的汽车电子应用赋能提供可靠成熟的方案。
 
日新月异的电机驱控设计，东芝全面推动汽车电气化革新
 
现在的新能源汽车有很多电机应用的地方，覆盖闭合系统、动力传动系统、发动机、智能座舱、转向与底盘等。未来汽车中，随着汽车电气化和智能化的发展，汽车上用到的电机数量还会增加，有些新能源汽车上用到的电机数量甚至会超过200个。
 
“电机控制与驱动，是汽车电气化的核心”，成经理表示，“在电机控制领域，东芝拥有独有的3相电机控制技术，可实现低振动、低噪音、高效率。基于该3相无刷电机控制技术，提
供无需外部MCU即可控制电机的预驱动器IC解决方案。还有多种具有高散热小型化的功率分立器件可供选择，这些功率分立器件对于电机驱动都是至关重要。”展会上东芝也带来了相关方案的展示。

面向车载各种电气化需求，东芝针对车载各类泵类的应用，推出了采用硬件无感控制的产品；面向暖通空调，推出了采用正弦波驱动技术的产品；针对EPS应用，推出了具有安全功能要求的有感控制产品。
 
成经理特别介绍了用于汽车的智能功率器件IPD，IPD在单一芯片上集成了输出阶段的功率MOSFET或IGBT以及控制输出阶段的电路，有着紧凑、轻量和功率高效的特点。东芝车载IPD芯片在小封装内集成了众多保护和诊断功能的高低边开关和功率器件栅极驱动，可用于车身控制和动力总成控制，以及包括这几年快速发展起来的ADAS。
 
如同其他功率器件，IPD的导通电阻是重要的衡量指标，尤其是在IPD小型化的趋势下想要实现更低的导通电阻并不简单。对此成经理解释道，“东芝IPD内部通过采用BiCD（双极CMOS/DMOS）工艺，实现了低导通电阻，有助于降低车载ECU功耗并实现小型化”。
 
当谈到现在汽车电子的功能安全冗余设计时，成经理还分享近期他所见到的新设计趋势。传统的车载电机冗余配置做两套板上系统，确保一套系统故障时另一套能继续驱动电机。而现在已经有整车厂为了功能安全不仅板上做两套冗余，配套电机也做两套冗余。可见汽车领域对于安全可靠的重视，这也意味着新能源汽车对于高可靠性半导体产品的看重，高可靠性的器件才能满足汽车电子不断变化的需求。
 
写在最后
 
汽车电子作为半导体产业发展的重要增长点，是半导体厂商聚焦的重要战场。在车载应用的不断升级发展中，东芝电子表示将持续聚焦于汽车电子，提供模拟、互联、分立、逻辑和电源管理等丰富的半导体产品，努力提高汽车类相关产品的可靠性和便利性。